第1章 电路与电磁场

大纲要求：（1）掌握电阻、独立电压源、独立电流源、受控电压源、受控电流源、电容、电感、耦合电感、理想变压器等元件的定义及性质；

（2）掌握电流、电压参考方向的概念

（3）熟练掌握基尔霍夫定律

1.1 电路的基本概念和基本定律

一、 电路：电流的通路。

电路 = 电源 + 中间环节 + 负载

二、电路模型

例如：一个白炽灯在有电流通过时，

电路：电流流通的通路叫电路。

为了便于分析与计算实际电路，在一定条件下常忽略实际部件的次要因素而突出其主要电磁性质，把它看成理想电路元件。

由理想的电路元件和某些电气设备按一定方式组合起来的理想化模型叫电路模型。

图2  电路实体及电路模型

电路模型：用理想电路元件组成的电路。

激   励：电源或信号源的电压或电流。

响   应：激励在电路中各部分产生的电压或电流。

电路分析：讨论激励与响应的关系。

1.1.1 电路元件

理想电路元件简称为电路元件。虽然它们只能是实际电路器件的一种近似，但用它们及它们的组合可以相当精确地表征出实体电路器件的主要电磁特性。

一、电阻元件

电阻元件：是实际电阻器和消耗电能的电器元件的理想化模型，本书中是指线性电阻元件，即流过电阻的电流与电阻两端产生的压降成正比。图形符号和伏安特性如下图所示

图4 线性电阻元件及其伏安特性

1. 电压与电流的关系：

（1）在图4（a）所示关联参考方向下

即电阻元件上的电压与通过的电流成线性关系。

（2）在非关联参考方向下

图5 关联方向和非关联方向示意图

2．电阻元件的功率：

G是电导，即电阻的倒数，即G=1/R，单位是西门子（S），简称为西。

电阻R、电导G是正数时，功率为正值，即，电阻吸收功率；

电阻R、电导G是负数时，功率为负值，即，电阻释放功率；

3．电阻的特例

（1）   R=0     ，相当于短路，用一根短路线替代。

（2）   R=∞     ，相当于断路，即开路或断路。。

二、独立电源

独立电源是指其输出不受外界影响的电源。分为独立电压源和独立电流源两种。

1．独立电压源：能向外部输出随时间按某种规律变化的电压。可分为标准电压源和理想电压源。

（1）标准电压源：

1）标准电压源的电路组成：

图6 标准电压源组成图、外特性及波形图

2）标准电压源的外特性：

3）标准电压源的内阻：

（2）理想电压源：（恒压源）

图7 理想电压源组成图、外特性及波形图

1）理想电压源的特点：

（a）输出电压不变，其值恒等于电动势，

（b）电路中的 I 由外电路决定；

结论：（1）由伏安特性可看出，理想电压源的端电压与流经它的电流方向、大小无关，即使流经它的电流为无穷大，其两端电压仍为电源电动势E。

（2）电压源不接外电路时，电流I为零，即“电压源处于开路” 。

注意：

（1） 电压源的电路符号中，必须给出其端电压的参考极性。

（2） 电压源即可以向外输出功率，也可以吸收功率。即可以是电源也可以是负载。

【例1】：理想电压源，外部电路接电阻时，分别求负载电压和外电路电流。

2．独立电流源：是有源元件，仍可分为标准电流源和理想电流源。

（1）标准独立电流源组成：

图8  电流源组成图形、外特性及外特性波形图

 标准独立电流源外特性：

(2) 理想电流源：（恒流源）

1）理想电流源特点:

1输出电流不变，其值恒等于电流源的电流I_S；与其两端电压大小、方向无关，即使两端电压为无穷大也是如此。电流源两端短路时，其两端的端电压U=0，而，电流源的电流即为短路电流。

2输出电压由外电路决定。

2）

图9  理想电流源组成图形、外特性及外特性波形图

注意：

1） 电流源的电路符号中，必须给出其电流的参考极性。

2） 电流源即可以向外输出功率，也可以吸收功率。即可以是电源也可以是负载。具体是电源还是取决于其两端电压的真实极性。